寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站　朱耀明　林明貴

寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站朱耀明林明貴

該文主要介紹寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，討論建設(shè)時(shí)應(yīng)關(guān)注的問題、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。采用性能穩(wěn)定、靈敏度高的高壓電離室和能夠識(shí)別核素的碘化鈉譜儀，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化，滿足監(jiān)督監(jiān)測(cè)要求。

γ輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寧德核電廠

福建是一個(gè)能源資源相對(duì)匱乏的省份，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源的需求不斷增加。發(fā)展核電不僅可以改善能源結(jié)構(gòu)，保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的能源支持，而且由于核電廠不排放二氧化硫、氮氧化物等，可減少酸雨強(qiáng)度，對(duì)治理霧霾、改善大氣質(zhì)量起到重要作用。與燃煤電廠比較，核電是現(xiàn)階段最好的低碳能源。目前普遍認(rèn)為核電是相對(duì)清潔、安全的能源，為了解核電廠運(yùn)行及事故狀態(tài)下，放射性對(duì)環(huán)境影響的范圍和程度，必須建設(shè)核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展放射性監(jiān)測(cè)。本文主要介紹該系統(tǒng)建設(shè)時(shí)關(guān)注的問題、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成等。

1　系統(tǒng)建設(shè)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的問題

1.1探測(cè)器的選擇

根據(jù)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)要求，系統(tǒng)主要目的是監(jiān)測(cè)核電廠通過氣載方式向環(huán)境釋放的放射性氣體所產(chǎn)生的γ輻射水平，而核電廠在正常運(yùn)行情況下釋放的放射性氣體的量是非常小的，所產(chǎn)生的γ輻射水平被天然γ輻射水平的漲落所淹沒。因此要監(jiān)測(cè)到核電廠的排放對(duì)環(huán)境的影響，其探測(cè)器的靈敏度要達(dá)到能監(jiān)測(cè)到天然γ輻射水平漲落的能力，甚至更高。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的探頭主要以GM計(jì)數(shù)管和高壓電離室為主，也有使用半導(dǎo)體和NaI探頭。高壓電離室的優(yōu)點(diǎn)是沒有本底，所測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精度高、價(jià)格較貴。GM計(jì)數(shù)管價(jià)格便宜，但有一定的本底，且精度低，數(shù)據(jù)離散性大［1］。NaI探頭價(jià)格更貴，但是可以對(duì)γ核素進(jìn)行分析和識(shí)別，在事故應(yīng)急時(shí)可以迅速診斷泄露的核素。通過比較，只有選擇性能更優(yōu)的高壓電離室及能夠進(jìn)行γ核素識(shí)別的NaI譜儀設(shè)備，才能滿足監(jiān)督監(jiān)測(cè)要求。

1.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)取決于監(jiān)測(cè)目的，既要有代表性又要滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求。在本系統(tǒng)建設(shè)時(shí)遵循如下布點(diǎn)原則：

一是原則上按核電廠周圍16個(gè)方位考慮布設(shè)監(jiān)測(cè)子站，每個(gè)方位角布設(shè)1個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站，靠海一側(cè)海上不設(shè)立自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站。

二是，在核電廠各堆址主導(dǎo)下風(fēng)向、次下風(fēng)向和關(guān)鍵居民組、居民密集區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)子站。

三是，監(jiān)測(cè)子站除對(duì)照點(diǎn)外，原則上應(yīng)建在核電廠煙羽計(jì)劃應(yīng)急區(qū)范圍內(nèi)，部分監(jiān)測(cè)子站應(yīng)與核電廠自行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位重疊。

除了上述幾條原則外，本系統(tǒng)還兼顧考慮了站點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)代表性、站址的便利性、監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期性、系統(tǒng)的安全性、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1.3系統(tǒng)的可靠性

本系統(tǒng)采用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備，在設(shè)備選配時(shí)考慮到抗風(fēng)、耐蝕、防雷擊等需求，能適應(yīng)野外惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸采用有線和無線雙路冗余方式。數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)對(duì)環(huán)境γ探測(cè)器、氣象采集器、采樣設(shè)備等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控及分析，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，提醒值班人員采取措施。各個(gè)站點(diǎn)還配置了可持續(xù)72小時(shí)的UPS電源，保障自動(dòng)站在市電失效時(shí)仍能正常監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)所有設(shè)備都具備通電自恢復(fù)功能、數(shù)據(jù)續(xù)傳功能等。

1.4系統(tǒng)的安全性

本系統(tǒng)充分考慮到福建地區(qū)雷暴較多的客觀因素，對(duì)防雷要求非常重視。在系統(tǒng)建設(shè)過程中，對(duì)一切可能進(jìn)雷電的線路都做好屏蔽、分流，做到層層防護(hù)、多級(jí)泄能，以達(dá)到防護(hù)目的。各個(gè)子站都配備了視頻監(jiān)控探頭，不僅能直觀地觀察各站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況，也能起到防盜的作用。為了保障數(shù)據(jù)傳輸安全，有線和無線網(wǎng)絡(luò)均使用了VPN虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在前沿站數(shù)據(jù)中心配置了硬件防火墻、殺毒軟件，且有專人24小時(shí)值守。關(guān)鍵設(shè)備包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、核心路由器等均使用雙機(jī)熱備方案，以保障出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

1.5氣象觀察條件

本系統(tǒng)在選點(diǎn)的時(shí)候優(yōu)先考慮站點(diǎn)的氣象觀測(cè)條件，所選的站點(diǎn)位置主要有兩種，一種是野外地面空曠，附近無高樓或山體遮擋，這種選點(diǎn)均為地面站；另外一種是在建筑物樓頂，視野開闊，周圍無更高的建筑物遮擋。因此，自動(dòng)站在選點(diǎn)時(shí)避免了周圍一些天然或人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采集到的氣象數(shù)據(jù)也更可靠。

2　監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

按照《核電廠環(huán)境輻射現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范（試行）》的要求，監(jiān)測(cè)子站連續(xù)監(jiān)測(cè)核電廠周圍環(huán)境γ劑量率、γ能譜，并對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓和雨量等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)。定期采集空氣中氣溶膠、碘、空氣中C-14和氚、干濕沉降等樣品。

表1　監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

3　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由兩大系統(tǒng)組成：核電廠外圍輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和流出物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，按照建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)地點(diǎn)可將寧德核電廠輻射環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為四大子項(xiàng)：監(jiān)測(cè)子站、福鼎前沿站、核電廠流出物實(shí)驗(yàn)室、省級(jí)數(shù)據(jù)中心。

3.1監(jiān)測(cè)子站

寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括10個(gè)監(jiān)測(cè)子站，其中增強(qiáng)站1個(gè)、標(biāo)準(zhǔn)站2個(gè)，其余為基礎(chǔ)站。秦嶼、柏洋兩個(gè)站點(diǎn)與寧德核電廠的KRS系統(tǒng)為共站，可用于兩系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對(duì)。監(jiān)測(cè)子站分布見圖1。

3.1.1γ輻射探測(cè)器

監(jiān)測(cè)子站對(duì)環(huán)境γ輻射水平的監(jiān)測(cè)要求很高，既要求能高精度、瞬時(shí)地獲取環(huán)境γ劑量率，也要能在應(yīng)急事故下快速對(duì)γ核素進(jìn)行分析和識(shí)別，以便核應(yīng)急指揮中心判斷并決策，最大可能地減少損失，因此本系統(tǒng)在γ輻射探測(cè)器上選取了國(guó)際上公認(rèn)性能優(yōu)秀的美國(guó)GE公司RSS-131ER型號(hào)高壓電離室及加拿大RadiationSolutionsINC公司 RS-250型號(hào)NaI能譜探測(cè)儀，其性能見表2。

圖1　監(jiān)測(cè)子站分布圖

表2　監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、儀器

3.1.2氣象觀測(cè)儀

每個(gè)監(jiān)測(cè)子站都配備了一套氣象觀測(cè)儀用于環(huán)境中氣象數(shù)據(jù)的連續(xù)測(cè)定與收集，每個(gè)子站都具備氣象七要素（風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、雨量、感雨）的采集功能，增強(qiáng)型站點(diǎn)漁井子站還配備了總輻射和凈輻射的觀測(cè)設(shè)備，詳見表3。

表3　氣象觀測(cè)設(shè)備及性能

3.2數(shù)據(jù)采集與儀控系統(tǒng)

3.2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同時(shí)具備數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)能力，在采集時(shí)保證采集數(shù)據(jù)的正常存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)可在本地循環(huán)存儲(chǔ)3個(gè)月以上，并在通訊中斷恢復(fù)后及時(shí)續(xù)傳，數(shù)據(jù)傳輸采用有線和無線雙路冗余方式。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)測(cè)子站設(shè)備各參數(shù)分別設(shè)置報(bào)警上下限，具備數(shù)據(jù)超閾值自動(dòng)報(bào)警功能，并能夠保存3個(gè)月以上的報(bào)警信息。

3.2.2儀控系統(tǒng)

控制系統(tǒng)具備對(duì)設(shè)備狀態(tài)檢查的功能，如通過通訊模式功能的控制，查看子站現(xiàn)場(chǎng)γ劑量率水平、雨量、風(fēng)向風(fēng)速等氣象參數(shù)的數(shù)據(jù)，能夠接受數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)場(chǎng)訪問，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備狀態(tài)，并以圖形化的界面顯示其運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)采集和控制單元的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。可記錄現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如工作溫度、電源情況、設(shè)備工作情況，并以運(yùn)行日志的形式保存，應(yīng)能保存3個(gè)月以上的日志信息。

3.3前沿站數(shù)據(jù)匯總站

前沿站數(shù)據(jù)處理中心配備數(shù)據(jù)采集器、通訊與傳輸設(shè)備，能夠采集、傳輸核電廠外圍環(huán)境γ輻射自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)子站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸至省級(jí)數(shù)據(jù)中心，并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽浚煌瑫r(shí)配備數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)安全、顯示設(shè)備，能夠處理、存儲(chǔ)、顯示核電廠外圍環(huán)境γ輻射自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)子站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)結(jié)果；配備數(shù)據(jù)信息處理軟件系統(tǒng)，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、監(jiān)控、處理、匯總、分析、顯示及各種報(bào)告、報(bào)表自動(dòng)生成。

核電廠外圍環(huán)境γ輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（儀控部分）由前沿站數(shù)據(jù)處理中心、監(jiān)測(cè)子站、采樣車、環(huán)境監(jiān)測(cè)車和標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)場(chǎng)組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。前沿站數(shù)據(jù)處理中心用于監(jiān)控和采集各子站、氣象站以及核電廠流出物在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至省級(jí)數(shù)據(jù)中心。

圖2　通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.4省級(jí)數(shù)據(jù)中心

省級(jí)數(shù)據(jù)中心是福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站為福建省所有核電廠外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建的省級(jí)數(shù)據(jù)匯總點(diǎn)，具備接收、處理各核電廠監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的能力。省級(jí)數(shù)據(jù)中心目前已實(shí)現(xiàn)與寧德核電廠、福清核電廠監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)接，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至省級(jí)數(shù)據(jù)中心。

3.4.1數(shù)據(jù)中心的組成

省級(jí)數(shù)據(jù)中心由三部分組成，包括數(shù)據(jù)中心機(jī)房、監(jiān)控與展示中心、福州自動(dòng)站（比對(duì)站）。機(jī)房包含服務(wù)器、通訊設(shè)備、防火墻、UPS電源等；監(jiān)控與展示中心可以通過圖形、圖像、表格、報(bào)表等多種方式展示所有自動(dòng)站的數(shù)據(jù)，在應(yīng)急事故響應(yīng)時(shí)可為應(yīng)急指揮中心提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；自動(dòng)站為增強(qiáng)型站點(diǎn)，包括所有上文提到的γ探測(cè)設(shè)備、氣象觀測(cè)設(shè)備及采樣設(shè)備，其采集數(shù)據(jù)用于與其他自動(dòng)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

3.4.2數(shù)據(jù)處理程序

系統(tǒng)配置了專門的值守人員，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息發(fā)送給相關(guān)人員。當(dāng)設(shè)備故障、通訊異常、市電中斷等情況發(fā)生，系統(tǒng)只給值守人員發(fā)送提醒短信。當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)站點(diǎn)γ劑量率值超高且觸發(fā)超高閾值報(bào)警時(shí)，值守人員應(yīng)迅速檢查核實(shí)，判斷是否有人工核素泄露。若確定有人工核素泄露，應(yīng)馬上通知負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)，并建議啟用核應(yīng)急預(yù)案。若無人工核素泄露，應(yīng)查明原因，并做好詳細(xì)記錄。

4　結(jié)束語

寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在建設(shè)過程中由于充分考慮到當(dāng)?shù)氐牡乩須夂颦h(huán)境，在布點(diǎn)方面也仔細(xì)考察、科學(xué)論證，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位覆蓋核電廠周邊不同方位，監(jiān)測(cè)范圍廣。在設(shè)備選取上，以性能優(yōu)、

維護(hù)方便為原則，在軟件設(shè)計(jì)上，采用B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)相結(jié)合的模式，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。系統(tǒng)自建成運(yùn)行以來一年多時(shí)間，數(shù)據(jù)獲取率達(dá)到99%以上，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上均處于領(lǐng)先水平。

寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是日本福島核事故以后，國(guó)內(nèi)首個(gè)通過國(guó)家核安全局最終驗(yàn)收的監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，已成為國(guó)內(nèi)核電廠環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)桿，為國(guó)內(nèi)后續(xù)同類項(xiàng)目開展提供了有益的參考。

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